毕业论文--智能小区车辆统计技术系统设计.docVIP

辽宁工程技术大学毕业设计（论文）1绪论随着社会经济的不断发展，国民生活水平的不断提高，兼具速度与舒适的车辆逐渐成为人们的代步工具。然而对具有着各种大量车辆出入的小区物业而言，车辆的管理日益成为日常事务中的一项重要的工作内容。由于车辆的激增，尤其是私家车数量的成倍增长，小区内交通堵塞、车辆擦挂等现象常有发生，小区内居民矛盾不断激化。如何让管理人员了解小区内的车辆状况，对突发事件采取合适的措施，提高工作效率等就成了个小区物业期待解决的一个课题。信息化是全球的趋势和潮流，是国家社会经济发展的必然选择。在信息化和数字化的背景下小区物业车辆管理的信息化也将是不可阻挡的发展方向。加快小区物业车辆管理车辆管理信息化的进程对改进现代化生活具有非同一般的意义。智能小区车辆统计技术系统就是一款针对小区物业车辆管理的一套系统，它大大提高了小区物业车辆管理人员的工作效率，彻底改变了效率低下、漏洞百出的人工统计方式，也极大地减少了所需要的费用。只要有车辆进出小区便会自动计数，并且当车辆达到小区所能容纳车辆的上限时便会自动报警，是一种能够为小区物业管理人员极大地减少工作量、节约成本的有效方式。就当前车辆的数量以及未来国家的发展前景来看，人们对车辆仍然具有极大的需求，不得不说，小区车辆统计系统是一种颇有前景的管理方式。1.1选题目的及意义小区车辆管理现状仍然有诸多问题，而我国目前车辆统计、计数系统只在大的工业环境及高速公路等有限场合存在，而忽略了与人民生活息息相关的小区车辆统计系统；即便个别小区具备了类似的系统而其昂贵的价格使得其难以推广。因此迫切需要一种即经济实惠，又能解决这一问题的新的方法。在进行了相关的调查了解后，我有了一些对于车辆统计计数的想法，查找了相关资料后发现，在现在的条件下这些想法是完全可以实现的。本论文所研究的内容正好弥补了现阶段小区车辆统计的这一空白。1.2国内外研究现状目前国内外在车辆检测系统中，大量应用了电磁传感技术、超声传感技术、视频检测技术、计算机技术、通信技术等高新科学技术。相应地，所应用的检测器主要有：电感环检测器（环型感应线圈）、超声波检测器、红外检测器、视频检测器等。1.2.1环形线圈检测器环形线圈检测器是传统的交通检测器，是目前世界上用量最广泛的一种检测设备。其工作原理是利用埋设在车道路面下的环形线圈，当车辆通过时，引起线圈磁场的变化，从而引起谐振回路的谐振频率发生变化，计算机通过对谐振频率的技术采样后，做出检测器上是否有车辆通过或存在的判断，并上传给中央控制系统，以满足系统的需要。环形线圈检测器具有成本低，安装方便，灵敏度高，受气候影响小等优点。这种方法也有以下缺点：1)线圈在安装或维护时必须直接埋入车道，交通会暂时受到阻碍，且工作量较大。2)埋置线圈的切缝软化了路面，容易使路面受损，尤其是在车辆启动或者制动时损坏可能会更加严重。3)感应线圈易受冰冻、路基下沉、盐碱等自然环境的影响。4)感应线圈由于自身的测量原理所限制，当车流拥堵，车间距小于3m的时候，其检测精度下降，有些厂商的产品甚至无法检测。1.2.2地磁检测器地磁检测器是把一个具有高导磁率铁芯和线圈装在一个保护套内，里面填满了非导电的防水材料，形成一根磁棒。把磁棒埋在路面下，当车辆驶过这个线圈时，通过线圈的磁通量发生变化，在线圈中产生一个电动势，这个电动势经过放大器放大后去推动继电器，发出一个车辆通过的信息。这种检测器职能检测以相当车速通过的车辆，所以是通过型检测器，不适用于需要检测车辆存在的地方。这种检测器具有安装容易，不易损坏等优点。但是它却具有对慢速车辆不能检测，有时会出现误检，且材料容易老化，灵敏度会逐年衰减等缺点。1.2.3视频车辆检测器视频车辆检测器是通过视频摄像机作传感器，在视频范围内设置虚拟线圈，即检测区，车辆进入检测区时使背 景灰度值发生变化，从而得知车辆的存在，并以此检测车辆。最早的应用主要在于道路的监视，然而目前随着微处理器的价格不断降低，其应用范围也逐渐扩大。检测器可安装在车道的上方和侧面，与传统的交通信息采集技术相比，交通视频检测技术可提供现场的视频图像，可根据需要移动检测线圈，有着直观可靠，安装调试维护方便，价格便宜等优点。同时，视频车辆检测器也容易受恶劣天气、灯光、阴影等环境因素的影响等缺点。2红外线检测原理红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。2.1红外线特点人的眼睛能看到的可见光，若按波长排列，依次（从长到短）为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，如图2-1所示： 表2-1 各光线对应波长Table 2-1 The corresponding wavelength of light紫外紫蓝青绿黄橙红红外 0.38 0.46 0.47 0.49 0.58 0.60 0.62 0.76 （um） 由表2-1可见，红光的波长范围为0.62um0.76um，比红光波长还长的光叫红外线。红外线的特点是不干扰其他电器设备工作，也不会影响周边环境，电路调试简单，并且可以实现非接触性测量。 2.2红外线传感器红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。红外线传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。例如采用红外线传感器远距离测量人体表面温度的热像图，可以发现温度异常的部位，及时对疾病进行诊断治疗；利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视，可实现大范围的天气预报；采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机的过热情况等。2.2.1依据红外线传感器动作分类 1)热型：将红外线一部份变换为热，藉热取出电阻值变化及电动势等输出信号之热型。热型的现象俗称为焦热效应，其中最具代表性者有测辐射热器 (Thermal Bolometer)，热电堆(Thermopile)及热电(Pyroelectric)元件。其优点是可常温动作下操作，波长依存性(波长不同感度有很大之变化者)并不存在，造价便宜，但是也存在着感度低、响应慢等缺点。2)量子型：利用半导体迁徙现象吸收能量差之光电效果及利用因PN 接合之光电动势效果的量子型。具有感光度高、响应快速等优点，缺点是必须冷却(液体氮气) 、有波长依存性、价格偏高。2.2.2依据检测红外线分类1)被动式红外传感器：被动式红外传感器在冶金行业被称作“热金属检测器”，它直接检测被测物体的可见光及近红外线，当被测物体的辐射光强超过一定幅值时即被捡知。它只适用于各种自发光物体。被动式红外传感器抗干扰能力差，通常均在物镜前加装一个较长的桶形遮光罩，以防止环境光干扰，但它无法抵御来自被测物体同方向的，光强相近的干扰光。2)主动式红外传感器：主动式红外传感器由主动红外发射机和主动红外接收机组成两部分组成。它主要用于检测不发光物体。主动红外发射机和主动红外接收机相对安装，通过光学透镜，主动红外接收机接收到的发射机发来的红外光脉冲，当该光线被阻挡时，即发出物体被捡知的信号。2.2.3主动红外与被动红外探测器的区别及应用主动红外入侵探测器是由发射机和接收机组成，发射机是由电源、发光源和光学系统组成，接收机是由光学系统、光电传感器、放大器、信号处理器等部分组成。主动红外探测器是一种红外线光束遮挡型报警器，发射机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束经过调制的红外光束（此光束的波长约在0.80.95微米之间），经过光学系统的作用变成平行光发射出去。此光束被接收机接收，由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号，经过电路处理后传给单片机。由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了一条警戒线。正常情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，当有人或物体入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器发出的报警信号。目前此类探测器有二光束、三光束还有多光束的红外栅栏等。最大的优点就是探测距离远，能达到被动红外的十倍以上探测距离。被动红外探测器主要是根据外界红外能量的变化来判断是否有人在移动。人体的红外能量与环境有差别，当人通过探测区域时，探测器收集到的这个不同的红外能量的位置变化，进而通过分析发出报警。但外界环境是：不但人体会发出红外能量，许多物体在一定的条件下都会散发红外能量，而在可见光中这种能量尤其突出，所以任何被动红外探测器的抗白光干扰就成了一个重要的指标。在室内光线稳定、红外能量比较恒定的情况下，这种探测方式表现非常好。但室外情况则不同。长期以来被动红外红外探测在室外只有极少数厂家才能做到。2.2.4主动红外探测器设备1)根据防范现场最低、最高温度及其持续时间，选择工作温度与之适合的主动红外入侵探测器；若环境温度过低可使用专用加热器以保证探测器的正常工作。2)主动红外入侵探测器受雾影响严重，室外使用时选择具有自动增益功能的设备(此类设备当气候变化时灵敏度会自动调节)；另外，所选设备的探测距离实际距离留出20%以上的余量，以减少气候变化引起系统的误报警。3)在室外使用时一定要选用双光束或3光束主动红外入侵探测器，以减少小鸟、落叶等引起系统的误报警。4)主动红外入侵探测器中所用红外发光二极管波长分别在0.85um 和0.95um附近。前者有红曝现象产生，其隐蔽性不如后者好。5)在空旷地带或在围墙上、屋顶上使用主动红外入侵探测器时，应选择具有避雷功能的设备。6)遇有折墙，且距离又较近时，可选用反射器件，以减少探测器使用数量。7)室外使用主动红外入侵探测器的最大射束距离应是制造厂商规定的探测距离的6倍以上。3系统总体设计3.1系统设计的预期结果本文基于较成熟的车辆检测技术进行了分析对比，并经过深入阅读前人的有关研究，利用红外发光管发射红外线，红外接收管接收此红外线，设计了一个基于红外传感器的车辆计数系统。其中主动红外探测器检测车辆信号，传送给51单片机，并在单片机内部进行计算输出显示小区内车辆信息，以达到当小区有车辆进出时实现动态显示，并且具有对小区内车辆达到上限值的报警等内容。3.2系统总体设计方案按键本系统比较市场上现有的一些产品，利用红外对管检测车辆信息，弥补了市场上的空缺。数码管显示进入小区车辆检测红外对管主单片机从单片机通信模块nRF24L01报警驶出小区车辆检测红外对管图3-1系统总体结构框图Figure 3-1 The system structure diagram 在上图中可以看到本系统主要由信号采集、通信模块、单片机数据处理模块及显示模块等四部分组成。在信号采集模块中采用红外对管对进出小区车辆进行检测，然后传送到从单片机中判断是进入小区还是驶出小区，然后经nRF4L01传送至主单片机进行加减计数，将计算后信息进行显示报警。按键的功能是设置初始值及复位。4系统硬件设计4.1信号采集模块该模块由主动红外发射机和主动红外接收机组成，当发射机与接收机之间的红外光束被完全遮断或按给定百分比遮断时能产生报警状态的装置，叫主动红外入侵探测器。主动红外发射机通常采用红外发光二极管作光源，可用晶体管和集成电路直接驱动。现在的主动红外入侵探测器多数是采用互补型自激多谐振荡电路作驱动电源，直接加在红外发光二级管两端，使其发出经脉冲调制的、占空比很高的红外光束，这既降低了电源的功耗，又增强了主动红外入侵探测器的抗干扰能力。被系统接收电路的采用成品的红外一体化接收头HS0038。红外线一体化接收头是集红外接收、放大、滤波和比较器输出等的模块，性能稳定、可靠。在该模块中共采用两组四对红外对管分别检测小区进入车辆及驶出车辆。每组两对红外对管。我们分别设驶入小区检测的为A管和B管，驶出小区的检测的为C管和D管。红外发射电路一直发射调制好的红外线，接收机一直处于红外线的接收状态，HS0038的输出引脚输出“0”电平。当有车辆挡住红外光时，接收管没有接收到红外信号，HS0038输出高电平，经反相器后将检测信息送入单片机。4.1.1红外发射电路红外线发射电路由干电池供电。555时基电路和外围元件构成多谐振荡器，由RP调节其振荡频率。555的3脚输出的调制方波。通过限流电阻，直接驱动红外发射管向红外接收端发射调制好的红外光束。555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极型工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V16V工作，7555可在318V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。具有成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。555定时器可工作在三种工作模式下：1)单稳态模式：在此模式下，555功能为单次触发。应用范围包括定时器，脉冲丢失检测，反弹跳开关，轻触开关，分频器，电容测量，脉冲宽度调制（PWM）等。2)无稳态模式：在此模式下，555以振荡器的方式工作。这一工作模式下的555芯片常被用于频闪灯、脉冲发生器、逻辑电路时钟、音调发生器、脉冲位置调制（PPM）等电路中。如果使用热敏电阻作为定时电阻，555可构成温度传感器，其输出信号的频率由温度决定。3)双稳态模式（或称施密特触发器模式）：在DIS引脚空置且不外接电容的情况下，555的工作方式类似于一个RS触发器，可用于构成锁存开关。555定时器的引脚如下图所示：图4-1 555芯片引脚图Figure 4-1 The 555 chip pin diagram它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。2脚：低触发端。3脚：输出端Vo。4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。6脚：TH高触发端。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。555定时器是由两个电压比较器，一个SR锁存器和集电极开路的放电三极管三部分组成。555 定时器的内部电路框图如图4-2所示。图4-2 555 定时器的内部逻辑图Figure 4-2 The internal logic diagram of 555 timer时比较器的输入端（也称为阈值端，用TH标注），时比较器的输入端（也称触发端，用TR标注）。和的参考电压（电压比较的基准）和由经三个5K电阻分压给出。在控制电压输入端悬空时，=2Vcc/3，Vr2=/3，如果外界固定电压，则=，=/2。是置零输入端。只要在端加上低电平，输出端便立即被置成低电平，不受其他输入端状态的影响。正常工作时必须使处于高电平。图中的数码18为器件引脚编号。由图4-3可知，当、时，比较器的输出=0、比较器的输出=1,锁存器被置0，导通，同时为低电平。当时，=1、=1,锁存器的状态保持不变，因而和输出的状态也维持不变。当、低导通1不变不变110us高电平低电平-CSN输入SPI片选使能，低电平使能SCK输入SPI时钟MOSI输入SPI串行输入MISO三态输出SPI串行输出IRQ输出中断，低电平使能nRF24L01接口电路需要注意以下几点1）Vcc脚接电压范围为1.9-3.6V之间，不能在这个区间之外，超过3.6V将会烧毁模块。2）除电源Vcc和接地端，其余引脚都可以直接和普通的5V单片机IO口直接相连，无需电平转换。3）硬件上面没有SPI的单片机也可以控制本模块，用普通单片机IO口模式SPI不需要单片机真正的串口介入，只需要普通的单片机IO口就可以。由于nRF24L01需要的输入电压最大不可超过3.6V，所以在该模块中采用LM1117将+5V电压变换为nRF24L01模块所允许输入的电压。LM1117是一个低压差电压调节器系列。其压差在1.2V输出，负载电流为800mA时为1.2V。它与国家半导体的工业标准器件LM317有相同的管脚排列。LM1117有可调电压的版本，通过2个外部电阻可实现1.2513.8V输出电压范围。另外还有5个固定电压输出（1.8V、2.5V、2.85V、3.3V和5V）的型号。4.3数据处理模块采用STC89C52单片机作为处理芯片。STC89C52是一种低功耗、高性能8位微控制器，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。 主要特性如下： 1) 增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051。2) 工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机）3) 工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达 48MHz。4) 用户应用程序空间为8K字节。 5) 片上集成512字节RAM。 6) 通用 I/O 口（32 个）为：P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。 7）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成。8）具有EEPROM 功能。 9）具有看门狗功能。 10）共3个16位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T2。11）外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。12）通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。 13.）工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）。 4.4显示模块由于本设计所统计的进出车辆只是智能小区所实时监控的一部分，而应用数码管显示便于和其它制作为一个监控面板，方便管理；且数码管显示可视范围大、能够在各个角度监控的其结果，故采用数码管作为显示模块进行实时显示。当有汽车经过时判断是否为驶入小区，若为否则进行减计数，并且数码管显示小区现有车辆；否则进行加计数，并比较是否达到小区所规定的汽车数，以便显示新的小区内车辆数或报警。4.4.1数码管选型 显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据，按照材料及产品工艺，单片机应用系统中常用的显示器有：发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器、CRT显示器等。LED显示器是现在最常用的显示器之一，发光二极管（LED）由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件（半导体显示器）。分段式显示器（LED数码管）由7条线段围成8字型，每一段包含一个发光二极管。外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显示各种字形或符号。LED数码管有共阳、共阴之分。如图4-6、4-7所示：图4-6 共阳极7段数码管Figure4-6 The common anode 7 digital tube 图4-7 7段共阴数码管Figure4-7 The common cathode 7 digital tube在本系统中我们采用四位共阴数码管。对于共阴极数码管来说，其8个发光二极管的阴极在数码管内部全部连接在一起，所以称为“共阴”，而它们的阳极是独立的，通常在设计电路时一般把阴极接地。当我们给数码管的任一个阳极加一个高电平时，对应的这个发光二极管便点亮。如果想要显示出一个8字，并且把右下角的小数点也点亮的话，可以给8个阳极全部送高电平，如果想让它显示出一个0字，那木我们可以除了给第“d，dp”这两位送低电平外，其余引脚全都送高电平，这样它就显示出0字。想让它显示几就给相应的发光二极管送高电平，因此我们在显示数字的时候首先做的就是给09十个数字编码，在要它亮什么数字的时候直接把这个编码送到它的阳极即可。4.4.2数码管显示方式的选择多位一体的数码管其内部公共端是独立的，而负责显示什么数字的段线全部是连接在一起的，独立的公共端可以控制多位一体中的哪一位数码管点亮，而连接在一起的段线可以控制这个能点亮数码管亮什么数字，通常把公共端叫做“位选线”，连接在一起的段线叫做“段选线”。有了这两个线后，通过单片机及外部驱动电路就可以控制任意的数码管显示任意的数字。数码管的显示有动态显示和静态显示两种不同的显示方法，各有其优缺点，具体应用那种显示方式需要根据不同的场合确定。1)数码管静态显示当多位数码管应用于某一系统时，它们的“位选”是可独立控制的，而“段选”是连接在一起的，可以通过位选信号控制哪几个数码管亮，而在同一时刻，位选选通的所有数码管上显示数字，这种显示方法叫做数码管的静态显示。但是由于其位选选通的所有数码管显示的数字始终相同，它们的段选是连接在一起的，所以送入所有数码管的段选信号都是相同的，显示的数字也必定一样。2)数码管动态显示单片机轮流向各位数码管送出字型码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼的视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示，而实际上多位数码管是一位一位轮流显示的，只是轮流的速度快，使人眼无法分辨，以达到显示的方法叫做数码管的动态显示。但是在动态显示中需要注意在每次送完段选数据后、送入位选数据之前需要“消影”。解释如下：在刚送完段选数据后，I/O口仍然保持着上次的段选数据，若不加指令“Px=0xff；”再执行接下来的打开位选锁存器命令后，原来保持在I/O口的段选数据将立即通过位选锁存器直接加在数码管上，当再次通过I/O给位选锁存器送入位选数据时在数码管高速显示状态下便会出现数码管显示短暂混乱的现象，加上消影后，在开启位选位选锁存器后，I/O口数据全为低电平，所以哪个数码管都不会亮。由于在本任务中采用四位共阴数码管显示当前数值。由于数码管个数多，如采用静态显示方式，则占用单片机的I/O口线太多，如果用定时器/计数器的串行移位寄存器工作方式及外接串入并出移位寄存器74LS164的方式，则电路复杂。所以在本系统中我们采用的时数码管动态显示方式。将8位数码管的相同段并联在一起，由P0口通过8位三态锁存器控制数码管的数码管段选及位选信号的输出数值，通过锁存器74HC573的选通与否控制段选与位选的选通。如图4-9所示：图4-8 数码管显示模块Figure4-8 The digital tube display module在本模块中利用了74HC573锁存器作为进行位选及驱动数码管显示。74HC573锁存器是一种数字芯片。引脚分布图如下。图4-9 74HC573引脚图Figure 4-9 The 74HC573 pin diagram74HC573各引脚作用：为三态允许控制端（低电平有效），通常叫做输出使能端；1D8D为数据输入端；1Q8Q为数据输出端；LE为锁存允许端。表4-4为74HC573的真值表，其中字母代码含义如下：H-高电平；L-低电平；X-任意电平；Z-高阻态；：上次的电平。表4-4 74HC573真值表Table 4-4 The 74HC573 truthINPUTOUTPUTLEDQLHHHLHLLLLXHXXZ由真值表可以看出，当为高电平时，无论LE与D端为何种电平，其输出端都为高电平，此时芯片处于不可控状态，因此在设计电路时必须将接低电平。当为低电平时，若LE为H，D与Q同时为H或L；当LE为L时，无论D为何种电平状态，Q都保持上一次的数据状态。即：当LE为高电平时Q端数据状态紧随D端数据变化，而当LE为低电平时Q端数据将保持住LE端变化为低电平之前Q端的数据状态。因此我们将锁存器的LE端与单片机某一引脚相连，再将锁存器的数据输入端与单片机的某组I/O口相连，便可通过控制锁存器与锁存器的数据输入端的数据状态来改变锁存器的数据输出端状态。4.5按键键盘是实现人机对话的重要组成部分，是人向机器发出指令、输入信息的必需设备。单片机常用的键盘一般分为矩阵键盘和独立式键盘两种。1)矩阵键盘：在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，但软件结构较复杂，因此在按键较多的场合，常采用矩阵式键盘。2)独立式键盘：独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态，具有电路配置灵活，软件结构简单等优点，但每个按键必须占用一根I/O口线，在按键较多时，I/O口线浪费较大，适合于按键数较少的场合。按键是由若干独立的键组成，由于按键所用开关为机械弹性开关,当机械触点断开、闭合时,由于机械触点的弹性作用,一个按键不会马上闭合或断开，而是在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动。抖动时间的长短由按键的机械特性决定,一般为5ms10ms。而单片机计数的过程非常快，按键的抖动会产生计数错误。图4-10 按键抖动信号波形Figure 4-10 The keys dither signal waveform因此在单片机系统中，按键一般均需要消除按键的抖动。按键的消抖可分为硬件或软件两种方法。1)软件去抖：利用软件去抖所采取的措施是，在检测到有按键按下时，执行一个10 ms左右（具体时间应视所使用的按键进行调整）的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态。同理，在检测到该键释放后，也应采用相同的步骤进行确认，从而可消除抖动的影响。2)硬件去抖：利用硬件去抖一般采取的措施是搭建硬件延时电路以实现去抖功能，该方法一般常用在按键数较少的场合。由于本系统共有三个按键（加计数按键、减记数按键以及复位键），所用按键数量很少，因此采用硬件消抖的方法。图4-11按键去抖电路Figure 4-11 The key debounce circuit在本设计RC滤波电路法去除按键抖动，如图4-12所示。RC滤波电路的电路简单、实用，去抖效果较好，是一种简单实用的硬件消除抖动的方法。其中反相器采用6通道单输入输出反相器74HC04芯片。当未按下按键时反相器输入为低电平、输出为高电平；当按下按键的瞬间电容经开关充电，反相器输入端保持低电平不变；当按键稳定后，反相器输入端与10K电阻下端电位相等，同为高电平，输除为低电平，实现了按键的功能。5 重点程序设计5.1驶入小区车辆检测方法将相同的红外接收器A与B相隔三米安装，安装高度为1m左右，红外接收器A在车辆进入小区时的车头部位、B位于车尾部位且A与B的输出输入至与非门的两个输入端口，输出端接单片机的P3.4。由于车的长度均大于3m，而若仅有一对红外对管的情况下由于当有人或其它物体遮挡的情况下分也会显示有车辆进入，易造成误差；而用两对红外检测器则有效的避免了这种情况情况。当红外接收器同时均检测到被遮挡信号时，则P3.4接收到低电平信息，计数器加1并通过数码管显示，同时若达到预定的上限值则蜂鸣器进行报警；若只有红外接收器A或B单独检测到遮挡信号时，则与非门输出值不改变，不进行加计数。车辆驶出小区的原理驶入小区相同。5.2驶入小区程序5.2.1程序流程图 图5-1驶入小区流程图Figure 5-1 The flowchart into the cell5.2.2 通信模块流程图 图5-2 接收端流程图Figure 5-2 The flow chart of receiving end 图5-2 发送端流程图Figure 5-2 The flow chart of transmitting end 6 总结与展望6.1 总结智能小区车辆统计计数系统时小区物业部门今后发展的必然趋势，国内外的各大公司都致力于研究更先进的车辆统计系统，通过进出小区的车辆来识别车辆信息等，以便实时对车辆进行管理。本文在对小区车辆统计系统的功能分析的基础上，设计了一种基于单片机的红外检测计数系统，其重点对检测部分进行了详细的设计和说明。具体研究如下：1）对红外对管技术进行了研究，根据红外对管的技术特点、工作原理及发展现状，确定了系统的总图的设计方案，完成了对进出车辆检测的功能。2）本文重点是车辆检测部分，通过对其功能需求将其分为了两个模块，对这两个模块分别进行了详细的设计和说明。6.2 展望从整个系统设计的阶段来看，智能小区车辆统计计数系统基本设计完成。利用红外对管的非接触性，具有快速、准确、可以检测到各种车辆、价格低廉等特点，硬件接口简单，是目前很有发展潜力的车辆统计计数系统的应用方案。本系统虽然完成了基本功能的设计，但是由于作者水平和研究资源的有限，系统的功能局限于设计构想中，没有得到实际的测试和应用，对系统中可能存在的问题不能及时发现。然而伴随着科学技术的发展，小区的车辆管理系统作为智能小区的一部分，在将来必有更为广阔的发展空间。致谢在本论文即将完成之际，谨此向我的指导教师李铁老师致以衷心的感谢和崇高的敬意！本论文的工作是在李老师的悉心指导下完成的。李铁老师虽身负教学、科研重任，仍抽出时间，不时召集我们以督责课业，耳提面命，殷殷之情尽在谆谆教诲中。这篇论文更倾注了他的大量心血。从初稿到定稿，李老师不厌其烦，一审再审，大到篇章布局的偏颇，小到语句格式的瑕疵，都一一予以指出。同时，我要感谢实验室的李新春老师，是他在大学期间为我提供了实验室及各种学习资料，在大四开学前期更是每天晚上为我们讲授知识常常到晚上9、10点钟，是他为我打开了在实验中学习的大门。由衷感谢我的大学室友，他们一次次的为我提供宝贵的意见，在无数次的争论和探讨中使我的研究工作有了长足的进展。衷心的感谢我的父母和其他亲朋好友对我的关心、支持和理解。 最后，还要感谢所有电信学院的老师以及为评阅本论文而付出宝贵时间和辛勤劳动的老师们。参考文献1 谭浩强.C程序设计.第三版.北京：清华大学出版社，2005.2 梅丽凤，王艳秋等.单片机原理及接口技术.北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2007.2.3 郭天祥.新概念51单片机C语言教程.北京：电子工业出版社，2009.1.4邱关源，罗先觉.电路.第五版.北京：高等教育出版社，2006.5. 5徐科军.传感器与检测技术.第三版.北京：电子工业出版社，2011.9.6童诗白，华成英.模拟电子技术基础.第四版.北京：高等教育出版社，2006.5.7阎石.数字电子技术基础.第五版.北京：高等教育出版社，2006.5.8（日）藤原修.接口电路入门.北京：科学出版社，2000.9何希才.新型电子电路应用实例.北京：科学出版社，2005.10 周坚等.单片机C语言轻松入门.北京：北航出版社，2009.11 刘乐善.微型计算机接口技术及应用.湖北：华中科技大学出版社，2000.附录A 中文翻译红外传感器在车辆计数系统中的应用第1章 前言1.1课题背景近年来，随着国民经济的快速发展以及机动车辆数量的迅速增加，世界各大城市的交通问题日益严峻，我国也不例外，甚至更为严重，交通阻塞、交通事故频繁发生。如何在不同的城市建立行之有效的交通管理系统，保证道路能尽可能的保持通畅无阻，实现交通流量的最大化，使得市民的出行更加方便，成为了研究者们关注的地方。而以往的人为管理对于现今车辆多，交通流量大这一现状已经无法做到行之有效的管理了，这就迫切需要能够对交通情况进行及时的监视、检测以建立高效的智能交通管理系统。智能交通管理系统（Intelligent Transportation System，ITS），是指运用先进的计算机技术、电子信息技术、自动控制技术等将人（包括驾驶员和管理者）、车辆、道路等有机地连接起来，成为一个运行有序的完整的系统，从而使车辆依靠自身的智能在道路上安全自由地行驶；公路依靠自身的智能流调整到最佳状态；驾驶员依靠系统的智能对道路交通情况了如指掌；交通管理人员依靠系统的智能对道路上的车辆行驶和交通状况一清二楚。这样，人、车、路就密切地结合，和谐统一，将极大地提高交通运输的效益，保障交通安全，改善交通质量，进而降低能源消耗。智能交通系统通过对道路交通信息进行实时的检测，减小车辆行车延误，及时了解道路交通的运行状况，根据交通流的动态变化迅速做出交通诱导控制，减轻道路的拥挤程度，减小车辆行车延误，从而降低发生交通事故的该路，保证行车安全，并使交通设施得到充分利用，实现交通运输的集约式发展，最终达到智能交通系统的，目的，使现有交通设施（道路、桥梁、隧道等）具有更大的交通运输能力和更高的交通运输安全性。其中对道路交通流量和道路交通状况进行调查分析作为智能交通系统重要的部分，有这十分重要的现实意义。1.2已有的研究成果要建立行之有效的智能车辆管理系统678，不仅要依托计算机的强大分析能力既高效的软件处理系统，也需要对第一手数据的有效采集。这些数据包括车速、车型、单位时间车辆通过数等，这就要求在分析处理数据之前建立完备的数据采集系统。基于车辆相关数据的采集，多年来国内外有很多的研究设计出了多种较为成熟的检测方法。而传感技术则是测量当中最为核心的技术，各种各样的传感器就好比我们人的眼耳口鼻一样，从外界收集信息，采集有用的信号，通过对传感器采集到的信号进行分析、处理，人们就可以得到自己想要的数据，从而完成对外界事物的测量。随着技术的发展，车辆检测装置按技术类型大致分为感应线圈车辆检测器4、波频车辆检测器、视频车辆检测器三类613；现在应用较多的车辆检测装置则有环形线圈检测器、微波检测器、热释电红外传感器以及光电式检测器等等，然而无论是哪一种检测方式都会存在着工作寿命、使用环境以及可靠性等问题。1.2.1感应线圈车辆检测装置1，环形线圈检测器是目前国内外使用最广泛的车辆检测器。其工作原理是利用埋设在车道路面下的环形线圈，当车辆通过环形线圈时，使环形线圈的电磁感应发生变化，从而引起谐振回路的谐振频率发生变化，计算机通过对谐振频率的技术采样后，做出检测器上是否有车辆通过或存在的判断。环形线圈检测器具有成本低，安装方便，灵敏度高，受气候影响小等优点。但在实际使用中，因道路施工、路面变形等因素使线圈的损坏率较高，更换安装和维护时要进入公路主体，影响交通运输，造成成本升高，维护的工作量也较大。对于交通流的数据提取也十分有限，一般